전자 부품의 관점에서 왜 로직 보드에 절연 접착제를 직접 바르면 안 될까요?

 최근 한국의 한 고객이 15.6인치 LCD 디스플레이 키트에 대해 문의하면서 절연 접착제의 적용에 관해 질문했습니다.

20년 이상의 생산 및 설계 경험을 바탕으로 당사 엔지니어는 다음과 같은 답변을 제공했습니다.
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인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 로직 보드는 복잡한 전자 장치를 수용하는 전자 장치의 신경 중추입니다.

전자 부품의 네트워크. 절연 접착제를 로직 보드에 직접 바르는 아이디어는 보호를 위해 매력적으로 보일 수 있지만 전자 부품 관점에서 볼 때 여러 가지 심각한 문제를 야기할 수 있습니다.:

1. 전기 성능 간섭

접착제는 부품 리드나 패드 사이의 작은 틈새(보통 0.5mm 미만)로 스며들 수 있습니다. 이러한 침입은 기생 용량을 증가시키거나 절연 저항을 감소시킬 수 있습니다. 고주파 회로에서는 이러한 매개변수가 약간만 바뀌어도 신호가 심하게 왜곡되거나 감쇠될 수 있습니다. 예를 들어, 수 기가헤르츠 주파수에서 작동하는 5G 통신 모듈의 경우 접착제로 인한 기생 용량의 작은 증가만으로도 상당한 신호 손실이 발생할 수 있습니다.

일부 접착제에는 이온 불순물이 포함되어 있습니다. 시간이 지남에 따라 전기장과 습도의 영향으로 이러한 불순물은 전기화학적 마이그레이션(ECM)을 일으킬 수 있습니다. ECM은 인접한 구성 요소 사이에 전도 경로를 생성하여 궁극적으로 단락 고장을 초래할 수 있습니다.

2. 열팽창 응력 손상

일반 접착제의 열팽창 계수(CTE)는 FR4 기판(약 17ppm/℃)과 일치하지 않는 경우가 많습니다. 일반적으로 산업용으로 -40℃에서 +85℃까지 온도가 변하는 경우, CTE가 일치하지 않으면 부품 납땜 접합부에 응력이 발생합니다.

솔더 볼이 매우 작은(직경이 0.3mm에 불과한) BGA(볼 그리드 어레이) 패키지와 같은 부품은 특히 취약합니다. 응력으로 인해 솔더볼이 갈라질 수 있습니다. IPC-J-STD-020 표준에 따르면, 안정적인 작동을 보장하기 위해서는 납땜 접합부의 응력이 10MPa 미만이어야 합니다.

3. 방열 성능 저하

접착제는 일반적으로 열전도도가 낮아 보통 0.2W/(m·K) 미만인 반면, 공기의 열전도도는 0.026W/(m·K)입니다. 접착제 층이 공기에 비해 열 방출을 악화시킨다는 것은 직관에 반하는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는:

JEDEC JESD51-2 표준에 따라 측정한 결과, 1mm 두께의 접착층은 전력 소자의 접합 온도를 약 15℃까지 높일 수 있습니다. 서버 CPU와 같은 고전력 애플리케이션의 경우, 온도 상승으로 인해 과열 보호 메커니즘이 작동하여 장치 성능이 저하될 수 있습니다.

4. 유지 보수성 손실

에폭시 기반 접착제는 경화되면 전단 강도가 20MPa 이상이 될 수 있습니다. 수리 또는 교체를 위해 구성 요소를 제거하려고 할 때:

최소 리드 피치가 0.4mm인 QFP(Quad-Flat-Package) 부품의 경우, 부품을 제거하는 데 필요한 힘으로 인해 리드가 변형될 수 있습니다.

BGA 패키지의 경우, 지름이 0.25mm에 불과한 솔더 패드가 찢어질 가능성이 높습니다.

MEMS 자이로스코프와 같은 정밀 센서는 분해 과정에서 쉽게 손상될 수 있습니다.

5. 재료 호환성 문제

아민과 같은 산성 경화제가 함유된 일부 접착제는 두께가 10μm 미만인 알루미늄 전해 콘덴서의 음극 호일을 부식시킬 수 있습니다. 이러한 부식은 커패시터 고장으로 이어져 전원 공급 필터링과 회로 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.

UV 경화 접착제는 장기간 자외선에 노출되면 노랗게 변할 수 있습니다. 이러한 변색은 빛 신호를 흡수하거나 산란시킬 수 있으므로 광섬유 모듈과 같은 광전자 장치의 작동을 방해할 수 있습니다.

전문가 대안

Parylene C와 같이 IPC-CC-830B 표준을 준수하는 적합 코팅을 사용하는 것이 좋습니다. 두께가 1~5μm인 파릴렌 C는:

400V/μm 이상의 높은 유전 강도로 우수한 전기 절연성이 보장됩니다.

일반 PCB 소재의 CTE와 거의 일치하는 CTE(약 30ppm/℃)로 열 응력을 최소화합니다.

0.1g/m²·day 미만의 매우 낮은 투습도로 구성 요소를 습기로 인한 분해로부터 보호합니다.

또한 UL746E 인증도 통과하여 신뢰성과 안전성이 입증되었습니다.

특별한 경우에는 실록산 기반 코팅과 같은 나노코팅 기술을 고려할 수 있습니다. 이러한 코팅은 110° 이상의 접촉각을 갖고 있어 뛰어난 소수성을 제공합니다. 일부 응용 분야에서 중요한 가스 투과성을 유지하면서도 IPX8 방수 등급을 달성할 수 있습니다.